CN106405645B - 一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法，采用广义S变换时频分析方法，对地震数据进行时频分解；井震联合分析评价每个时频分量的保幅性；利用不同时频分量的保幅性差异计算校正因子；对每个时频分量校正因子在时间和空间范围内进行平滑；利用平滑的时频分量校正因子校正对应的时频分量，补偿频率能量；给定信噪比约束条件，并在信噪比约束条件下重构地震数据。本发明使得拓频处理不降低原始地震的保幅保真程度，并在给定的信噪比条件下最大程度拓宽地震频带。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气勘探开发领域，尤其涉及一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法。
背景技术
地震拓频技术是通过对地震资料进行数学运算，拓宽地震有效频带，恢复地震的低频频带和高频频带的反射能量。目前常用的地震拓频处理技术包括基于反褶积的拓频技术，基于吸收衰减补偿的反Q滤波拓频技术和基于时频分析时频谱补偿的拓频技术。反褶积技术通过压缩子波提高地震的频宽，但该方法本身需要假设子波为最小相位，反射系数谱为白噪谱，不符合地震资料的实际情况。
虽然有众多学者对反褶积技术做了多种改进，弱化了基本假设的条件，但仍需要假设地震记录是平稳的，同时需要精确的提取地震子波，这些在实际应用中很难满足，进而限制了该技术的处理效果。
基于吸收衰减原理的反Q滤波技术，在预先估算地下Q值分布的基础上，利用吸收衰减模型补偿大地滤波作用引起的振幅和频率衰减，进而拓宽地震频带。反Q滤波需要假设简单的理想地层模型，而真实的地层条件非常复杂，实际地层的吸收衰减机制目前还难以准确描述，从而限制了该方法的实际应用效果。
时频分析拓频技术通过将非平稳的地震信号时频分解，得到一系列相对平稳的地震分频分量，在每个分频分量内，通过一定规则进行能量调整，补充地震的低频信号成分和高频信号成分，达到对地震频谱重构的目的，进而拓宽地震频谱。时频分析拓频技术从信号处理角度入手，适应地震信号的非平稳特征，无需理想的假设条件，低频成分和高频成分均可以拓展，具有较高的灵活性，但该方法的频谱重构规则缺乏合理性依据，个人主观随意性较大，拓频结果的保幅保真程度难以令人信服，信噪比水平可能发生明显降低，影响了该技术的在油田中的推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法，旨在解决常规时频分析拓频处理技术中存在的保幅保真问题和信噪比降低问题。
本发明是这样实现的，一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法，该基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法包括以下步骤：
1)采用广义S变换方法(公式1)，对地震数据h(t)进行时频分解，得到不同频率的地震时频分量h(t,ω1),h(t,ω2),h(t,ω3)…h(t,ωn)，其中各分量对应的频谱分别为H(ω1),H(ω2),H(ω3)…H(ωn)，从而将非平稳的时间域地震信号分解为相对平稳的时频域地震信号；
其中，A为振幅，γ为能量衰减因子，β为能量延迟系数，ω为频率，为相位延迟系数。
2)选择某种提取地震统计子波的方法，如自相关法(公式2，公式3，公式4)，求取每个时频分量的统计子波w(t,ωi)，利用该子波与预先时深标定好的测井反射系数ref(t)进行褶积运算求取合成记录s(t,ωi)(公式5)，对该合成记录与该时频分量地震数据计算相关系数ρ(ωi)大小(公式6，公式7，公式8)；依次计算每个地震时频分量与对应合成记录的相关系数，将最大相关系数值所对应的时频分量作为参考分量h(t,ωir)，将除参考分量外的其他时频分量作为校正分量h(t,ωic)；
其中，A(f,ωi)为时频分量统计子波的振幅谱；H(f,ωi)为时频分量统计子波的相位谱，指定为常数；R(τ,ωi)为地震时频分量h(t,ωi)的自相关，为傅立叶变换，为傅立叶反变换。
X＝s(t,ωi) (7)
Y＝h(t,ωi) (8)
其中，为褶积运算符，为X的均值，为Y的均值。
3)设时窗长度为L，在该时窗内，计算参考时频分量均方根振幅RMS[h(t,ωir)]和每个校正时频分量均方根振幅RMS[h(t,ωic)]的比值ratio(公式9，公式10，公式11)，并将该比值作为该校正分量的校正因子，计算的时窗范围从浅层到深层，从而获得时变的时频分量校正因子；
4)对每个时频分量校正因子在时间和空间范围内进行平滑，使得校正因子在时间和空间上不发生突变；
5)将平滑后的时频分量校正因子乘以对应的校正时频分量，补偿不同频率的能量。每个校正时频分量均进行同样校正运算，参考时频分量不进行校正；
6)给定信噪比值，作为信噪比约束条件，并以参考时频分量对应的频率作为中心频率；
7)选择离中心频率最近的低频分量和高频分量以及中心频率对应的时频分量，三者分别进行傅立叶变换，将时频域分量变为频率域分量。在频率域内，对三者频谱相加，组成一个窄带频率分量(公式12)，对该窄带频率分量进行重构(公式13)，将频率域信号N(ω)转为时间域信号n(t)；
N(ω)＝H(ωir-1)+H(ωir)+H(ωir+1) (12)
8)对重构的窄带时间域地震数据，采用某种信噪比SNR估算方法(公式14)，得到该数据的信噪比大小，当该信噪比大于预先给定的信噪比约束条件时，将该窄带频率范围作为中心频率，重复步骤7)；当重构数据的信噪比低于预先给定的信噪比约束条件时，重构过程停止，此时将得到在给定信噪比约束条件下的地震最大频宽拓频结果。
进一步，所述步骤1)的地震数据为需要拓频处理的地震数据，该数据为叠前道集数据或为叠后数据。
本发明提供的拓频处理技术，在常规时频分析拓频方法的基础上，增加地震资料品质评价和信噪比条件作为约束。本发明利用所述步骤3)的井震联合分析处理思路，保证拓频处理结果不降低原始地震的保幅保真程度，而常规时频分析拓频方法无法说明拓频结果的保幅保真程度；本发明利用所述步骤7)和步骤8)的处理流程，使得拓频处理能够均衡信噪比和分辨率之间的矛盾，并在给定的信噪比条件下最大程度拓宽地震频带，常规时频分析拓频方法不具备这种功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示：本发明实施例提供的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频处理方法，包括以下步骤：
S101：采用广义S变换时频分析方法，对地震数据进行时频分解，得到一系列不同频率的地震时频分量；将非平稳的时间域地震信号分解为相对平稳的时频域地震信号；
S102：选择自相关法提取地震统计子波，求取每个时频分量的统计子波，利用该子波与预先时深标定好的测井反射系数进行褶积运算求取合成记录，对该合成记录与该时频分量地震数据计算相关系数大小；依次计算每个地震时频分量与对应合成记录的相关系数，将最大相关值所对应的时频分量作为参考分量，将除参考分量外的其他时频分量作为校正分量；
S103：选择一个时窗长度，在该时窗内，计算参考时频分量均方根振幅和每个校正时频分量均方根振幅的比值，并将该比值作为该校正分量的校正因子，时窗从浅层到深层进行计算，获得时变的时频分量校正因子；
S104：对每个时频分量校正因子在时间和空间范围内进行平滑，使得校正因子在时间和空间上不发生突变；
S105：将平滑后的时频分量校正因子乘以对应的校正时频分量，补偿不同频率的能量；每个校正时频分量均进行同样校正运算，参考时频分量不进行校正；
S106：给定信噪比值，作为信噪比约束条件，并以参考时频分量对应的频率作为中心频率；
S107：选择离中心频率最近的低频分量和高频分量以及中心频率对应的时频分量，三者分别进行傅立叶变换，将时频域分量变为频率域分量；在频率域内，对三者频谱相加，组成一个窄带频率分量，对该窄带频率分量进行重构，将频率域信号转为时间域信号；
S108：对重构的窄带时间域地震数据，采用信噪比SNR估算方法，得到该数据的信噪比大小，当该信噪比大于预先给定的信噪比约束条件时，将该窄带频率范围作为中心频率，重复S107；当重构数据的信噪比低于预先给定的信噪比约束条件时，重构过程停止，得到在给定信噪比约束条件下的地震最大频宽拓频结果。
所述S101的地震数据为需要拓频处理的地震数据，该数据为叠前道集数据或为叠后数据。
所述步骤S101具体为：
采用广义S变换时频分析方法，为公式(1)
其中，A为振幅，γ为能量衰减因子，β为能量延迟系数，ω为频率，为相位延迟系数。
对地震数据h(t)进行时频分解，得到不同频率的地震时频分量h(t,ω1),h(t,ω2),h(t,ω3)…h(t,ωn)，其中各分量对应的频谱分别为H(ω1),H(ω2),H(ω3)…H(ωn)，从而将非平稳的时间域地震信号分解为相对平稳的时频域地震信号。
所述S102具体为：
选择自相关法提取地震统计子波，自相关法包括公式(2)、公式(3)、公式(4)；求取每个时频分量的统计子波w(t,ωi)；利用该子波与预先时深标定好的测井反射系数ref(t)进行褶积运算求取合成记录s(t,ωi)，为公式(5)；对该合成记录与该时频分量地震数据计算相关系数ρ(ωi)大小，计算公式为公式(6)，公式(7)，公式(8)；依次计算每个地震时频分量与对应合成记录的相关系数，将最大相关系数值所对应的时频分量作为参考分量h(t,ωir)，将除参考分量外的其他时频分量作为校正分量h(t,ωic)；
其中，A(f,ωi)为时频分量统计子波的振幅谱；H(f,ωi)为时频分量统计子波的相位谱，指定为常数；R(τ,ωi)为地震时频分量的自相关，为傅立叶变换，为傅立叶反变换。
X＝s(t,ωi) (7)
Y＝h(t,ωi) (8)。
其中，为褶积运算符，为X的均值，为Y的均值。
所述S103具体为：
设时窗长度为L，在该时窗内，计算参考时频分量均方根振幅RMS[h(t,ωir)]和每个校正时频分量均方根振幅RMS[h(t,ωic)]的比值ratio，并将该比值作为该校正分量的校正因子，时窗从浅层到深层进行计算，获得时变的时频分量校正因子；ratio计算包括公式(9)、公式(10)、公式(11)；
所述S107具体为：
选择离中心频率最近的低频分量和高频分量以及中心频率对应的时频分量，三者分别进行傅立叶变换，将时频域分量变为频率域分量；在频率域内，对三者频谱相加，组成一个窄带频率分量，窄带频率分量为下列公式(12)；对该窄带频率分量进行重构，如下列公式(13)；将频率域信号N(ω)转为时间域信号n(t)；
N(ω)＝H(ωir-1)+H(ωir)+H(ωir+1) (12)
所述S108具体为：
对重构的窄带时间域地震数据，采用某种信噪比SNR估算方法，如下列公式(14)，得到该数据的信噪比大小；当该信噪比大于预先给定的信噪比约束条件时，将该窄带频率范围作为中心频率，重复步骤7)；当重构数据的信噪比低于预先给定的信噪比约束条件时，重构过程停止，此时将得到在给定信噪比约束条件下的地震最大频宽拓频结果；
本发明提供的拓频处理技术，在时频分析拓频方法的基础上，增加地震资料品质评价和信噪比条件作为约束，使得拓频处理不降低原始地震的保幅保真程度，并在给定的信噪比条件下最大程度拓宽地震频带；
本发明利用所述步骤S103的井震联合分析处理思路，保证拓频处理结果不降低原始地震的保幅保真程度，而常规时频分析拓频方法无法说明拓频结果的保幅保真程度；
本发明利用所述步骤S107和步骤S108的处理流程，使得拓频处理能够均衡信噪比和分辨率之间的矛盾，并在给定的信噪比条件下最大程度拓宽地震频带，常规时频分析拓频方法不具备这种功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，该基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法包括以下步骤：
1)采用广义S变换时频分析方法，对地震数据进行时频分解，得到一系列不同频率的地震时频分量；将非平稳的时间域地震信号分解为相对平稳的时频域地震信号；
2)选择自相关法提取地震统计子波，求取每个时频分量的统计子波，利用该子波与预先时深标定好的测井反射系数进行褶积运算求取合成记录，对该合成记录与该时频分量地震数据计算相关系数大小；依次计算每个地震时频分量与对应合成记录的相关系数，将最大相关值所对应的时频分量作为参考分量，将除参考分量外的其他时频分量作为校正分量；
3)选择一个时窗长度，在该时窗内，计算参考时频分量均方根振幅和每个校正时频分量均方根振幅的比值，并将该比值作为该校正分量的校正因子，时窗从浅层到深层进行计算，获得时变的时频分量校正因子；
4)对每个时频分量校正因子在时间和空间范围内进行平滑，使得校正因子在时间和空间上不发生突变；
5)将平滑后的时频分量校正因子乘以对应的校正时频分量，补偿不同频率的能量；每个校正时频分量均进行同样校正运算，参考时频分量不进行校正；
6)给定信噪比值，作为信噪比约束条件，并以参考时频分量对应的频率作为中心频率；
7)选择离中心频率最近的低频分量和高频分量以及中心频率对应的时频分量，三者分别进行傅立叶变换，将时频域分量变为频率域分量；在频率域内，对三者频谱相加，组成一个窄带频率分量，对该窄带频率分量进行重构，将频率域信号转为时间域信号；
8)对重构的窄带时间域地震数据，采用信噪比SNR估算方法，得到该数据的信噪比大小，当该信噪比大于预先给定的信噪比约束条件时，将该窄带频率范围作为中心频率，重复步骤7)；当重构数据的信噪比低于预先给定的信噪比约束条件时，重构过程停止，得到在给定信噪比约束条件下的地震最大频宽拓频。
2.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤1)的地震数据为需要拓频处理的地震数据，该数据为叠前道集数据或为叠后数据。
3.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：
采用广义S变换时频分析方法，为公式(1)
其中，A为振幅，γ为能量衰减因子，β为能量延迟系数，ω为频率，为相位延迟系数；τ为自相关计算中的时移量；
对地震数据h(t)进行时频分解，得到不同频率的地震时频分量h(t，ω1)，h(t，ω2)，h(t，ω3)…h(t，ωn)，其中各分量对应的频谱分别为H(ω1)，H(ω2)，H(ω3)…H(ωn)，从而将非平稳的时间域地震信号分解为相对平稳的时频域地震信号。
4.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：
选择自相关法提取地震统计子波，自相关法包括公式(2)、公式(3)、公式(4)；求取每个时频分量的统计子波w(t，ωi)；利用该子波与预先时深标定好的测井反射系数ref(t)进行褶积运算求取合成记录s(t，ωi)，为公式(5)；对该合成记录与该时频分量地震数据计算相关系数ρ(ωi)大小，计算公式为公式(6)，公式(7)，公式(8)；依次计算每个地震时频分量与对应合成记录的相关系数，将最大相关系数值所对应的时频分量作为参考分量h(t，ωir)，将除参考分量外的其他时频分量作为校正分量h(t，ωic)；
其中，A(f，ωi)为时频分量统计子波的振幅谱；H(f，ωi)为时频分量统计子波的相位谱，指定为常数；R(τ，ωi)为地震时频分量h(t，ωi)的自相关，傅立叶变换，为傅立叶反变换；
X＝s(t，ωi) (7)
Y＝h(t，ωi) (8)
其中，为褶积运算符，为X的均值，为Y的均值。
5.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：
时窗长度为L，在该时窗内，计算参考时频分量均方根振幅RMS[h(t，ωir)]和每个校正时频分量均方根振幅RMS[h(t，ωic)]的比值ratio，并将该比值作为该校正分量的校正因子，时窗从浅层到深层进行计算，获得时变的时频分量校正因子；ratio计算包括公式(9)、公式(10)、公式(11)；
6.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤7)具体为：
选择离中心频率最近的低频分量和高频分量以及中心频率对应的时频分量，三者分别进行傅立叶变换，将时频域分量变为频率域分量；在频率域内，对三者频谱相加，组成一个窄带频率分量，窄带频率分量为公式(12)；按公式(13)对该窄带频率分量进行重构；将频率域信号N(ω)转为时间域信号n(t)；
N(ω)＝H(ωir-1)+H(ωir)+H(ωir+1) (12)
7.如权利要求1所述的基于资料品质分析的信噪比可控的地震拓频方法，其特征在于，所述步骤8)具体为：
对重构的窄带时间域地震数据，采用公式(14)的信噪比SNR估算方法，得到该数据的信噪比大小；当该信噪比大于预先给定的信噪比约束条件时，将该窄带频率范围作为中心频率，重复步骤7)；当重构数据的信噪比低于预先给定的信噪比约束条件时，重构过程停止，此时将得到在给定信噪比约束条件下的地震最大频宽拓频结果；
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